JP6624151B2 - ハイブリッド四輪駆動車 - Google Patents

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Description

この発明は、駆動力源として内燃機関（エンジン）とモータ（もしくは発電機能のあるモータ）とを備え、前輪および後輪を駆動して走行することのできるハイブリッド車両に関するものである。
この種のハイブリッド車の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１の図１には、エンジンとリヤ駆動モータと変速機とを、車両の前側から順に配列するとともに、変速機にリヤプロペラシャフトを連結して、エンジンは後輪を駆動するように構成し、そのエンジンの吸気側にフロント駆動モータを配置するとともに、そのフロント駆動モータを伝動機構を介して前輪に連結した構成が記載されている。この特許文献１の図１に記載された構成では、トランスファやフロントプロペラシャフトを設けない構成とすることで、駆動モータや伝動機構、さらにはエンジンによって駆動される発電モータを、他の部品と干渉することなく搭載できる、とされている。
特開２０１６−２７７２号公報
特許文献１の図１に示す構成では、フロント駆動モータによって左右の前輪を駆動し、車両の全体としていわゆる四輪駆動車としている。そのフロント駆動モータは、左右の車輪のドライブシャフトを結んだ軸線上でエンジンに隣接した位置に配置されている。左右の車輪は１台のフロント駆動モータで駆動されるから、旋回時などにおける差動回転を可能にするためにフロントデファレンシャルギヤが必須となる。そのフロントデファレンシャルギヤは、左右のドライブシャフトの長さの相違を可及的に小さくするために、車両の幅方向での中央部に配置することが好ましく、そうするとフロントデファレンシャルギヤとエンジンとの干渉が生じやすくなる。特許文献１の図１に記載された構成では、フロント駆動モータに加えてこのようなフロントデファレンシャルギヤを前輪側に配置することになるので、スペース上の制約が更に大きくなる。そのため、フロント駆動モータやフロントデファレンシャルギヤあるいはフロント駆動モータをフロントデファレンシャルギヤなどに連結する伝動機構などを小型化せざるを得ず、四輪駆動車として駆動力特性が制約される可能性がある。さらに、特許文献１の図１に記載された構成では、フロント駆動モータや伝動機構を車幅方向でエンジンに隣接して配置することになる。そのため、車両の前側の重量が後ろ側に比較して大きくなってしまい、また重心位置が車両の前後方向での中央部よりも前側に偏ってしまい、その結果、車両の走行安定性や旋回特性などに悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、エンジンによって前後の四輪を駆動できるとともに、前輪を駆動するモータに対するスペース上の制約を可及的に少なくしての前輪を駆動するモータの搭載性を向上させたハイブリッド四輪駆動車を提供することを目的とするものである。
この発明は、上記の目的を達成するために、車体の前側もしくは後ろ側に設けられた第１駆動輪と、前記車体の前後方向で前記第１駆動輪とは反対側に設けられた第２駆動輪とを有するハイブリッド四輪駆動車において、前記車体の前後方向で前記第１駆動輪側に配置されたエンジンと、前記エンジンが出力したトルクにトルクを加える第１電動機と、前記エンジンで発生した排ガスを前記車体の後方に向けて排出する排気管路と、前記エンジンが出力した動力を前記第２駆動輪に伝達する第１プロペラシャフトと、前記エンジンが出力した動力を前記第１駆動輪側に分割するトランスファと、前記車体の幅方向で前記第１プロペラシャフトを挟んで前記排気管路とは反対側に配置され、かつ前記トランスファから前記第１駆動輪に駆動力を伝達する第２プロペラシャフトと、前記第１駆動輪とトルクを授受する発電機能のある第２電動機と、前記第２電動機の回転数に対して前記第２プロペラシャフトの回転数が低回転数となるように前記第２電動機と前記第２プロペラシャフトとをトルク伝達可能に連結する遊星歯車機構により構成された減速機構と、係合することにより前記減速機構をトルク伝達可能な状態に設定し、かつ解放することにより前記減速機構をトルクを伝達しないニュートラル状態に設定する係合機構とを備えていることを特徴とするものである。
この発明においては、前記第２プロペラシャフトは、前記車体の前後方向に向けて配置されるとともに、前記第１駆動輪側の第１端部と、前記車体の前後方向で前記第１端部とは反対側の第２端部とを有し、前記第２電動機、あるいは前記第２電動機および前記減速機構は、前記第２端部側に配置されていてよい。
さらに、この発明のハイブリッド四輪駆動車は、前記第１駆動輪は前輪であり、前記第２駆動輪は後輪であってよい。
この発明では、前記エンジンの出力側に連結された変速機を更に備え、前記変速機は、動力を伝達する係合状態と動力の伝達を遮断する解放状態とに切り替わるクラッチ機構を備えていてよい。
この発明では、前記第１電動機は、前記変速機の入力側に前記エンジンと同一軸線上に配置され、前記トランスファは、前記変速機の出力側に連結されていてよい。
この発明では、前記第２電動機は、前記トランスファよりも前記第２駆動輪側に配置されていてよい。
この発明では、前記第１電動機は、発電機能を備えた電動機であってよい。
この発明によれば、トランスファと第１駆動輪との間でトルクを伝達する第２プロペラシャフトに第２電動機を連結してあり、したがって第２電動機は、第２プロペラシャフトと共に、第１プロペラシャフトを挟んで排気管路とは反対側に配置される。そのため、第１プロペラシャフトを挟んで排気管路とは反対側のスペースを有効に利用して第２電動機を配置できる。言い換えれば、第２電動機やその他の部品が、スペース上の制約を受けにくく、既存の車体の構造もしくは車両の構造を特には大きく変更することなく、２モータタイプのハイブリッド四輪駆動車を構成することができる。
また、第２電動機を第２プロペラシャフトに連結している伝動機構を減速機構によって構成した場合、第２電動機をいわゆる高回転型の電動機とすることにより、第２電動機の体格を小さくすることができる。したがって、第１プロペラシャフトを挟んで排気管路とは反対側のスペースが小さい場合であっても、２モータタイプのハイブリッド四輪駆動車を構成することができる。
さらに、伝動機構に設けられている係合機構によって第２電動機を第２プロペラシャフトから切り離すように構成すれば、エンジンの駆動力もしくはエンジンと第１電動機との駆動力で走行する場合に、第２電動機を不必要に連れ回すことを回避して動力損失を抑制することができる。
この発明において、第２電動機を第２プロペラシャフトの端部のうち第１駆動輪側とは反対側の端部側に配置すれば、第２プロペラシャフトと第２電動機とが第２プロペラシャフトの長さ方向に互いにずれて位置することになるので、第２プロペラシャフトの外径の制約が少なくなって第２プロペラシャフトを必要十分な太さとすることができる。
エンジンが出力した動力を第１プロペラシャフトを介して後輪に伝達するとともに、トランスファおよび第２プロペラシャフトを介して前輪に伝達するように構成した場合には、減速時に前輪から第２電動機にトルクを伝達して第２電動機を発電機として機能させることができるので、減速時の前輪の接地荷重が大きくあるいはスリップ限界が高いことにより、エネルギの回生効率を向上させることができる。
この発明においては、クラッチ機構を有する変速機をエンジンもしくは第１電動機と第１プロペラシャフトとの間に配置することにより、エンジンによって第１電動機を発電機として動作させ、その電力で第２電動機をモータとして動作させることにより、いわゆるシリーズモードを成立させることができる。また、第２電動機で走行している状態で、第１電動機によってエンジンをモータリングしてエンジンを始動するなど、駆動モードもしくは走行モードを多様化することができる。
そして、第２電動機を、変速機やトランスファよりも第２駆動輪側に配置することにより、第２電動機のためのスペースをより広くすることができ、そのため第２電動機を必要十分に大きくすることができるなど、第２電動機の車載性が向上する。
この発明の実施形態におけるハイブリッド四輪駆動車の主としてパワートレーンを示す模式図である。 その第１モータ・ジェネレータに連結された伝動機構の一例を示すスケルトン図である。 その第１モータ・ジェネレータに連結された伝動機構を動力分割機構として構成した例を示すスケルトン図である。 第２モータ・ジェネレータが連結されている伝動機構の一例を示すスケルトン図である。 第２モータ・ジェネレータが連結されている伝動機構の他の例を示すスケルトン図である。 第２モータ・ジェネレータが連結されている伝動機構の更に他の例を示すスケルトン図である。 第２モータ・ジェネレータおよび伝動機構をフロントプロペラシャフトと同心円上に配置した例を示すスケルトン図である。 第２モータ・ジェネレータおよび伝動機構をトランスファより前側に配置した例を示すスケルトン図である。 制御系統の一例を説明するためのブロック図である。 ハイブリッド四輪駆動車で設定されるモードおよび各モードでのエンジン、変速機、係合機構、ならびに各モータ・ジェネレータの動作状態をまとめて示す図表である。
図１にこの発明の実施形態としての四輪駆動車の一例を模式的に示してある。図１は主としてパワートレーンを示しており、ここに示す例は、エンジン１を車体２の前側に配置し、エンジン１の動力を後輪３に伝達するいわゆるＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車をベースとした四輪駆動車の例である。前輪４がこの発明の実施形態における第１駆動輪に相当し、後輪３がこの発明の実施形態における第２駆動輪に相当する。また、エンジン１は前輪４側で左右の前輪４の間（車体２の幅方向でのほぼ中央部）に、後輪３側に向けて（後ろ向きに）配置されている。
エンジン１の出力側に変速機５が配置され、エンジン１の出力軸（クランクシャフト：図示せず）が変速機５の入力軸（図示せず）に連結されている。変速機５は、要は、入力回転数の出力回転数に対する比率を適宜に変更できる機構であって、有段変速機や変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機などによって構成することができる。変速機５は、より好ましくは、係合することによりトルクを伝達し、解放することによりトルクの伝達を遮断してニュートラル状態を設定することのできるクラッチ機構６を備えている。
エンジン１と変速機５とは、同一の軸線上に配置されており、そのエンジン１と変速機５との間に、この発明の実施形態における第１電動機に相当する第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）７が配置されている。第１モータ・ジェネレータ７は、主として、走行のための駆動力を出力し、またエンジン１をモータリングするトルクを出力し、さらにはシリーズハイブリッドモードで発電を行う。したがって、第１モータ・ジェネレータ７は、エンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸に連結されている。第１モータ・ジェネレータ７は、エンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸に直接連結されていてもよく、あるいは適宜の伝動機構８を介してエンジン１の出力軸あるいは変速機５の入力軸に連結されていてよい。
その伝動機構８の一例を図２にスケルトン図で示してある。図２に示す例は、遊星歯車機構９からなる減速機構の例であり、サンギヤ９Ｓと、サンギヤ９Ｓに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ９Ｒと、サンギヤ９Ｓおよびリングギヤ９Ｒに噛み合っているピニオンギヤを保持しているキャリヤ９Ｃとを有している。サンギヤ９Ｓはエンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸と同一軸線上に配置されている。また、リングギヤ９Ｒはケーシングなどの固定部１０に固定されている。さらに、キャリヤ９Ｃはエンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸に連結されている。一方、第１モータ・ジェネレータ７は、上記の遊星歯車機構９と同一軸線上に並んで配置され、ロータ７Ｒとステータ７Ｓとを備え、ロータ７Ｒが上記のサンギヤ９Ｓに連結され、ステータ７Ｓが固定部１０に固定されている。このように、伝動機構８として遊星歯車機構９を採用することにより、伝動機構８および第１モータ・ジェネレータ７をエンジン１や変速機５と同一の軸線上に配置して、パワートレーンの全体としてのコンパクト化が図られている。特にパワートレーンの全体としての最大外径が小さくなるように構成されている。
なお、この発明の実施形態では、伝動機構８を遊星歯車機構９からなる動力分割機構として構成してもよい。その一例を図３にスケルトン図で示してある。図３に示す例は、シングルピニオン型の遊星歯車機構９を使用した例であり、サンギヤ９Ｓに第１モータ・ジェネレータ７が連結され、キャリヤ９Ｃにエンジン１の出力軸が連結され、リングギヤ９Ｒに変速機５の入力軸が連結されている。図３に示す構成では、エンジン１が出力した動力が第１モータ・ジェネレータ７と変速機５とに分割され、第１モータ・ジェネレータ７はエンジン１によって回転させられることにより発電を行い、それに伴う反力をサンギヤ９Ｓに加える。したがって、エンジン１の回転数が第１モータ・ジェネレータ７によって燃費効率の良い回転数に制御されるとともに、変速機５にはエンジン１の出力トルクと第１モータ・ジェネレータ７による反力トルクとが合算されて入力される。
なお、第１モータ・ジェネレータ７をエンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸に直接連結する場合には、エンジン１の出力軸もしくは変速機５の入力軸にロータ７Ｒを直接嵌合させて一体化すればよい。
変速機５の出力側に四輪駆動用（４ＷＤ用）のトランスファ１１が配置されている。トランスファ１１は、エンジン１が出力した動力もしくは変速機５から出力されるトルクを後輪３側と前輪４側とに分配する機構であり、後輪３側にトルクを出力する部材（図示せず）に、この発明の実施形態における第１プロペラシャフトに相当するリヤプロペラシャフト１２が連結され、前輪４側にトルクを出力する部材（図示せず）に、この発明の実施形態における第２プロペラシャフトに相当するフロントプロペラシャフト１３が連結されている。
トランスファ１１は、チェーンやベルトを使用した巻き掛け伝動機構や歯車機構によって構成することができる。また、トランスファ１１は、前輪４と後輪３との差動回転を可能にする差動機構や、その差動回転を摩擦クラッチなどによって制限する差動制限機構を備えた差動機構からなるフルタイム四輪駆動機構、もしくは前輪４側へのトルクの伝達を選択的に遮断するパートタイム四輪駆動機構などによって構成することができる。
リヤプロペラシャフト１２は、変速機５またはトランスファ１１から車両の後方に延びていて、リヤデファレンシャルギヤ１４に連結されている。リヤデファレンシャルギヤ１４は、左右の後輪３にトルクを伝達する終減速機である。また、フロントプロペラシャフト１３は、車両の前方に延びていて、フロントデファレンシャルギヤ１５に連結されている。フロントデファレンシャルギヤ１５は、左右の前輪４にトルクを伝達する終減速機である。
エンジン１は、ガソリンなどの燃料と空気との混合気を燃焼させて機械的な動力を発生する熱機関であって、複数の気筒１６を備えるとともに、燃焼排ガスを排出するための排気管路１７を備えている。この排気管路１７は従来知られている自動車用エンジンにおける排気管路と同様に、各気筒１６に連通しているエキゾーストマニホールドと、そのエキゾーストマニホールドに連通されたエキゾーストパイプとを備え、燃焼排ガスを車体２の後方に向けて排出するように構成されている。その排気管路１７の途中には、排ガスの流れ方向での上流側から、排ガス浄化触媒１８とマフラー１９とが設けられている。
図１に示すエンジン１は、気筒１６が直線上に並んだ直列エンジンであり、エンジン１の右側もしくは左側のいずれか一方側に排気管路１７が接続されている。そして、その排気管路１７は、エンジン１や変速機５などが並んでいる幅方向での中心部に対して右側もしくは左側のいずれか一方側に偏った位置を通って車体２の後方側に延びている。これに対して、フロントプロペラシャフト１３は、車体２の幅方向で、エンジン１や変速機５などを挟んで、排気管路１７とは反対側に配置されている。なお、これら排気管路１７およびフロントプロペラシャフト１３、変速機５、トランスファ１１、ならびにリヤプロペラシャフト１２などは、図示しないフロアパネルの下側（すなわち床下）に配置されている。
上述したフロントプロペラシャフト１３に、この発明の実施形態における第２電動機に相当する第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）２０が連結されている。第２モータ・ジェネレータ２０は走行のための駆動力を出力し、また減速時にエネルギ回生を行うためのものであり、例えば永久磁石式の同期電動機のような発電機能のあるモータが採用されている。第２モータ・ジェネレータ２０はフロントプロペラシャフト１３に直接連結されていてもよい。また、適宜の伝動機構２１を介して第２モータ・ジェネレータ２０とフロントプロペラシャフト１３とが連結されていてもよい。
図４はその伝動機構２１の一例を示すスケルトン図であり、ここに示す例は、遊星歯車機構２２と係合機構２３と減速ギヤ対２４とを有している。遊星歯車機構２２はサンギヤ２２Ｓと、サンギヤ２２Ｓと同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ２２Ｒと、サンギヤ２２Ｓおよびリングギヤ２２Ｒに噛み合っているピニオンギヤを保持しているキャリヤ２２Ｃとを回転要素としたシングルピニオン型の遊星歯車機構であって、フロントプロペラシャフト１３の車両後方側でフロントプロペラシャフト１３と同一軸線上に配置されている。そのキャリヤ２２Ｃにフロントプロペラシャフト１３が連結されており、またリングギヤ２２Ｒとケーシングなどの所定の固定部１０との間に係合機構２３が設けられている。係合機構２３は、係合することによりリングギヤ２２Ｒを固定部１０に連結してリングギヤ２２Ｒの回転を止め、また解放することによりリングギヤ２２Ｒの固定を解除する機構であり、係合機構２３にはドグクラッチなどの噛み合い式クラッチあるいは摩擦式クラッチなどの機構を用いることができる。
ここで、上記の係合機構２３の機能および係合機構２３を設けることによる利点を説明する。係合機構２３を係合すれば、リングギヤ２２Ｒが固定されて遊星歯車機構２２が減速機構として機能し、また係合機構２３を解放すれば、リングギヤ２２Ｒに反力が作用しなくなって遊星歯車機構２２（あるいは伝動機構２１）がトルクを伝達しないいわゆるニュートラル状態となる。したがって、係合機構２３を解放してフロントプロペラシャフト１３と第２モータ・ジェネレータ２０とをトルクを伝達しないように切り離せば、エンジン１を駆動力源として走行する際に第２モータ・ジェネレータ２０を連れ回すことがない。すなわち、第２モータ・ジェネレータ２０の最大回転数が構造上制限されているとしても、エンジン１を駆動力源として高車速（例えば１３０ｋｍ/ｈ以上）で走行する場合のフロントプロペラシャフト１３の回転数すなわち車速が第２モータ・ジェネレータ２０によって制限されることが回避される。
また、減速ギヤ対２４と遊星歯車機構２２とによる減速比が大きいほど、所定の車速に対する第２モータ・ジェネレータ２０の回転数が高回転数になる。しかしながら、係合機構２３を解放することにより第２モータ・ジェネレータ２０をフロントプロペラシャフト１３から切り離すことができるので、第２モータ・ジェネレータ２０がフロントプロペラシャフト１３側から伝達されるトルクで強制的に回転させられる場合に係合機構２３を解放することにより、第２モータ・ジェネレータ２０が過度に高回転数で回転させられることが回避される。言い換えれば、係合機構２３によって第２モータ・ジェネレータ２０をフロントプロペラシャフト１３から切り離すことができることにより、減速ギヤ対２４や遊星歯車機構２２による減速比を大きくすることができ、そうすることにより、第２モータ・ジェネレータ２０の駆動力で走行する場合、例えば第２モータ・ジェネレータ２０の駆動力で発進する場合、前輪４での駆動力を大きくして発進加速性を良好なものとすることができる。
減速ギヤ対２４は、サンギヤ２２Ｓに連結されてサンギヤ２２Ｓと一体になっているドリブンギヤ２４ａと、そのドリブンギヤ２４ａより小径（歯数が少ない）のドライブギヤ２４ｂとによって構成されている。そして、そのドライブギヤ２４ｂに第２モータ・ジェネレータ２０が連結されている。したがって、第２モータ・ジェネレータ２０がモータとして機能してトルクを出力する場合、ドリブンギヤ２４ａおよびこれと一体のサンギヤ２２Ｓが第２モータ・ジェネレータ２０より低回転数になる。また、係合機構２３が係合してリングギヤ２２Ｒが固定されている場合、入力要素となっているサンギヤ２２Ｓの回転数に対して、出力要素となっているキャリヤ２２Ｃの回転数が低回転数になる。したがって、キャリヤ２２Ｃに連結されているフロントプロペラシャフト１３の回転数は第２モータ・ジェネレータ２０の回転数より低回転数になる。すなわち、伝動機構２１は全体として、減速機構となっている。
図４に示す構成では、第２モータ・ジェネレータ２０は、フロントプロペラシャフト１３のうち車体２の前後方向で後方側の端部に連結されている。より具体的には、変速機５やトランスファ１１よりも後方側でこれら変速機５やトランスファ１１などと干渉しない箇所に第２モータ・ジェネレータ２０が配置されている。言い換えれば、既存の四輪駆動車における床下に生じているスペースを有効に利用して第２モータ・ジェネレータ２０や伝動機構２１が配置されている。そのため、既存の四輪駆動車の構造を大きく変更することなく、いわゆる２モータ式のハイブリッド車として構成することができる。また、第２モータ・ジェネレータ２０は、減速機として機能する伝動機構２１を介してフロントプロペラシャフト１３に連結されているので、第２モータ・ジェネレータ２０のトルクが伝動機構２１によって増幅されてフロントプロペラシャフト１３に伝達される。そのため、第２モータ・ジェネレータ２０として、低トルク・高回転型のモータを採用することができ、そうすることにより第２モータ・ジェネレータ２０が小型化され、車体２への搭載性がより良好になる。
なお、図１で符号Ｆｔは燃料タンクを示しており、上述した第２モータ・ジェネレータ２０や伝動機構２１は、燃料タンクＦｔに干渉しない位置に配置されている。また、第２モータ・ジェネレータ２０や伝動機構２１を優先的に配置し、それに伴って燃料タンクＦｔの配置や形状を変更するとしても、そのような変更は既存の車体２の構造を特には大きく変更することにはならない。
上述した図４に示す例は、第２モータ・ジェネレータ２０とフロントプロペラシャフト１３とをトルク伝達可能に連結し、またその連結を解くように構成した例であるが、この発明の実施形態は図４に示す構成に限定されない。この発明の実施形態では、第２モータ・ジェネレータ２０とフロントプロペラシャフト１３とが常時、トルク伝達可能に連結されていてもよく、その一例を図５に示してある。ここに示す例は、上述した図４に示す構成のうち、係合機構２３を取り除いてリングギヤ２２Ｒを固定部１０に取り付けて固定し、また減速ギヤ対２４を取り除いて第２モータ・ジェネレータ２０をキャリヤ２２Ｃに直接連結した例である。
図５に示す構成では、車両が走行している場合に第２モータ・ジェネレータ２０が常時回転する。したがって、アクセル・オンの状態では第２モータ・ジェネレータ２０に電力を供給してモータとして動作させることにより、前輪４に伝達される駆動トルクを第２モータ・ジェネレータ２０によって補助することができ、また減速時には前輪４から伝達されるトルクによって第２モータ・ジェネレータ２０を発電機として機能させることにより、エネルギ回生を行うことができる。なお、図５に示す構成においても遊星歯車機構２２が減速機構として機能するので、第２モータ・ジェネレータ２０を低トルク・高回転型のものとしてその小型化を図ることができる。また、図５に示す構成では、第２モータ・ジェネレータ２０を遊星歯車機構２２と共にフロントプロペラシャフト１３の延長線上に配置できるので、車体２の前後方向でのスペースを有効に利用して第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２を配置することができる。
また、図６に示す例は、図４に示す構成のうち、遊星歯車機構２２を取り除くとともに、減速ギヤ対２４におけるドリブンギヤ２４ａをフロントプロペラシャフト１３に直接連結した例である。この図６に示す構成においても、車両が走行している場合に第２モータ・ジェネレータ２０が常時回転する。したがって、アクセル・オンの状態では第２モータ・ジェネレータ２０に電力を供給してモータとして動作させることにより、前輪４に伝達される駆動トルクを第２モータ・ジェネレータ２０によって補助することができ、また減速時には前輪４から伝達されるトルクによって第２モータ・ジェネレータ２０を発電機として機能させることにより、エネルギ回生を行うことができる。また、図６に示す構成では、前述した図４に示す構成と同様に、第２モータ・ジェネレータ２０をフロントプロペラシャフト１３に対して偏心（オフセット）させて配置することになる。その場合、第２モータ・ジェネレータ２０はリヤプロペラシャフト１２とフロントプロペラシャフト１３との中心軸線の間に配置することが好ましい。こうすることにより、第２モータ・ジェネレータ２０と車体２を構成しているサイドメンバー（図示せず）との干渉を避けることができる。
さらに図７に示す例は、第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２を、フロントプロペラシャフト１３の後端側（車体２の後方側）の端部の外周側に配置した例である。これら第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２は、トランスファ１１よりも車体２の前後方向で前側に配置されており、その遊星歯車機構２２におけるサンギヤ２２Ｓは中空状（円筒状）のギヤであってフロントプロペラシャフト１３と同心円上に配置されている。また、第２モータ・ジェネレータ２０も中空状に構成されていてフロントプロペラシャフト１３と同心円上に配置されている。そして、サンギヤ２２Ｓに第２モータ・ジェネレータ２０のロータが連結されている。図７に示す構成では、トランスファ１１を車体２の前後方向で後ろ側に移動して変速機５との間にスペースを空けることにより、第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２を変速機５と干渉することなく配置することができる。なお、フロントプロペラシャフト１３と第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２とを同一軸線上に配置することになるために、第２モータ・ジェネレータ２０もしくは遊星歯車機構２２の外径が周辺の他の部材との干渉を避けるために制約された場合、フロントプロペラシャフト１３の外径が第２モータ・ジェネレータ２０もしくは遊星歯車機構２２の外径の制約に応じて制約される場合がある。したがって、図７に示す構成は、前輪４の駆動トルクもしくはフロントプロペラシャフト１３に掛かるトルクが小さい車両に適用することができる。
そして、図８に示す例は、フロントプロペラシャフト１３と同心円上に配置する部材を、上記の第２モータ・ジェネレータ２０および遊星歯車機構２２に替えて、第２モータ・ジェネレータ２０および減速ギヤ対２４とした例である。図８に示す構成では、変速機５とトランスファ１１との間にスペースが空けられていてそのスペースに第２モータ・ジェネレータ２０が配置されている。その第２モータ・ジェネレータ２０に取り付けられているドライブギヤ２４ｂに噛み合っているドリブンギヤ２４ａがフロントプロペラシャフト１３に嵌合して一体化されている。この図８に示す構成では、フロントプロペラシャフト１３の外径が特に制約されることはないが、リヤプロペラシャフト１２および第２モータ・ジェネレータ２０ならびにフロントプロペラシャフト１３とが車体２の幅方向に並んで配置されることになるので、車幅の広い車両で採用することが好ましい。
この発明の実施形態におけるハイブリッド四輪駆動車は、上述したように２つのモータ・ジェネレータ７，２０を備えているので、多様な駆動状態（動作状態）を設定することができる。そのための制御系統の一例を図９を参照して説明する。図９に示す例は、図２に示す伝動機構８および図４に示す伝動機構２１を備えている四輪駆動車における制御系統を示している。エンジン１は、スロットル開度や点火時期などを電気的に制御できるように構成されている。また、変速機５は前進や後進などの走行レンジや変速段などを電気的に制御できる自動変速機である。さらに、伝動機構２１は前述した係合機構２３の係合・解放の制御を電気的に行うことができるように構成されている。そして、各モータ・ジェネレータ７，２０は、蓄電装置２５ａおよびインバータ２５ｂを含むコントローラ２５に接続されており、このコントローラ２５によって各モータ・ジェネレータ７，２０をモータとして機能させ、あるいは発電機として機能させるように構成されている。
これらエンジン１および変速機５、伝動機構２１ならびにコントローラ２５を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２６が設けられている。ＥＣＵ２６は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータと予め記憶しているデータとを使用して演算を行い、演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力データの例を挙げると、駆動要求量であるアクセル開度、車速、制動要求であるブレーキ踏力もしくはブレーキペダルの踏み込み量、蓄電装置における充電残量（ＳＯＣ）、前輪４および後輪３の車輪速度（回転数）、エンジン１の冷却水温度などである。
ＥＣＵ２６によって実行される制御の例を図１０にまとめて示してある。図１０における「モード」の欄には、上記のハイブリッド四輪駆動車によって設定される制御モード（走行モード）を挙げてあり、「ＥＶ」はエンジン１の駆動力を使用しないで走行する電気走行モードを示し、「ＥＮＧ始動」は停止しているエンジン１を始動するモードを示し、「ＨＶ」はエンジン１といずれかのモータ・ジェネレータ７，２０との駆動力で走行するハイブリッドモードを示し、そのうちの「シリーズ」は第１モータ・ジェネレータ７で発電した電力で第２モータ・ジェネレータ２０を駆動して走行するシリーズモード、「パラレル」はエンジン１および各モータ・ジェネレータ７，２０の駆動力で走行するパラレルモードを示す。また「Ｔ／Ｍ」の欄は変速機５の動作状態を示す欄であり、「Ｎ」はトルクを伝達しないニュートラル状態を示し、「Ｄ・Ｒ」はいわゆる走行レンジであって後進段もしくは前進状態でのいずれかの変速段が設定されていることを示す。「係合機構」の欄は、前述した伝動機構２１における係合機構２３の動作状態を示す欄であり、「ＯＮ」はトルクを伝達する係合状態、「ＯＦＦ」はトルクを伝達しない解放状態、「ＯＮ・ＯＦＦ」は係合および解放のいずれでもよいことを示す。「ＥＮＧ」の欄はエンジン１の動作状態を示す欄であり、「ＯＦＦ」は停止状態、「ＯＮ」は駆動トルクを出力する駆動状態、「Ｄｒｎ」は始動のためにモータリング（クランキング）されている被駆動状態を示す。「ＭＧ１」の欄は第１モータ・ジェネレータ７の動作状態を示す欄であり、また「ＭＧ２」は第２モータ・ジェネレータ２０の動作状態を示す欄であって、それぞれの欄における「ＯＦＦ」は停止状態、「Ｍ」はモータとして動作している状態、「Ｇ」は発電機として動作している状態、「ＲＧ」はエネルギ回生を行って発電している状態を示す。
ＳＯＣが十分に多く、かつアクセル開度が小さいなどの場合、電気走行モードが設定される。この状態では、変速機５ではトルクを伝達しないように所定のクラッチもしくはブレーキが解放させられ、ニュートラル状態に制御される。エンジン１は燃料の供給や点火が止められて停止状態に制御される。同様に、第１モータ・ジェネレータ７は停止させられる。これに対して第２モータ・ジェネレータ２０はモータとして動作するようにいわゆる力行させられ、その駆動トルクを前輪４に伝達するために係合機構２３は係合状態に制御される。その場合、伝動機構２１が前述したように減速機構によって構成されていれば、第２モータ・ジェネレータ２０のトルクが伝動機構２１で増大させられてフロントプロペラシャフト１３に伝達されるので、第２モータ・ジェネレータ２０が高回転数型のモータ・ジェネレータであっても必要十分な駆動トルクを得ることができる。
なお、電気走行モードで走行している状態でアクセル開度が減じられ、あるいはブレーキ操作された場合、第２モータ・ジェネレータ２０は発電機として機能させられてエネルギ回生（ＲＧ）を行う。その場合の発電エネルギは、前輪４が走行慣性力で回転させられることにより、前輪４から第２モータ・ジェネレータ２０に伝達されるエネルギであり、減速時における前輪４の接地荷重が大きくあるいはスリップ限界が高いことにより、回生トルクや回生回転数を大きくして効率良くエネルギ回生することができる。
エンジン１を始動するためのモータリングは第１モータ・ジェネレータ７によって行う。すなわち、ＳＯＣが所定値より低下した場合、あるいはエンジン１の温度が低下した場合、アクセル開度すなわち駆動要求量が増大した場合などにエンジン１を始動する条件が成立する。したがって、第１モータ・ジェネレータ７はモータとして動作するように制御され、また変速機５は第１モータ・ジェネレータ７のトルクを伝達しないようにニュートラル状態に制御される。なお、第２モータ・ジェネレータ２０は車両の状態に応じてモータとして機能するように制御され、あるいは停止状態に制御される。同様に、係合機構２３は車両の状態に応じて係合状態もしくは解放状態に制御される。
シリーズモードは、エンジン１によって第１モータ・ジェネレータ７を駆動して第１モータ・ジェネレータ７によって発電し、その電力で第２モータ・ジェネレータ２０をモータとして動作させてその第２モータ・ジェネレータ２０の駆動トルクで走行するモードである。したがって、エンジン１は駆動状態に制御され、また第１モータ・ジェネレータ７は発電機として機能するように制御される。その場合、エンジン１の駆動トルクが後輪３に伝達されないようにするために変速機５はニュートラル状態に制御される。第２モータ・ジェネレータ２０は第１モータ・ジェネレータ７で発電した電力が供給されてモータとして機能し、その駆動トルクを前輪４に伝達するために係合機構２３は係合状態に制御される。なお、このシリーズモードで減速する場合、第２モータ・ジェネレータ２０によってエネルギ回生を行うことは電気走行モードの場合と同様である。
そして、パラレルモードは、エンジン１と２つのモータ・ジェネレータ７，２０との駆動力で走行するモードであり、したがって上記のシリーズモードでの動作状態に対して、第１モータ・ジェネレータ７が蓄電装置の電力によってモータとして動作し、またエンジン１の駆動トルクを後輪３に伝達するために変速機５は所定の変速段（後進段を含む）を設定する状態に制御される。このパラレルモードでは、エンジン１および第１モータ・ジェネレータ７が出力した駆動トルクが変速機５を介して後輪３側に伝達されるとともに、トランスファ１１を介して前輪４側に伝達され、これに加えて第２モータ・ジェネレータ２０の駆動トルクが前輪４に付加されるので、車両の全体としての駆動力が大きくなって、悪路走破性や動力性能に優れたハイブリッド四輪駆動車とすることができる。なお、パラレルモードで走行している状態で減速する場合、前輪４および後輪３から各モータ・ジェネレータ７，２０に走行慣性力に基づくトルクを伝達することができるので、各モータ・ジェネレータ７，２０を発電機として機能させてエネルギ回生を行う。この場合も、前輪４での接地荷重が大きくあるいはスリップ限界が高いので、効率の良いエネルギ回生を行うことができる。
なお、この発明は上述した実施形態で示した構成に限定されないのであって、特許を請求している範囲で適宜に変更して実施することができる。一例として、エンジン１を後輪３側に車体２の前方に向けて配置し、エンジン１の駆動トルクは前輪４に対して伝達する一方、トランスファ１１から後輪３に駆動トルクを伝達するように構成してもよい。また、伝動機構などに遊星歯車機構を用いる場合、サンギヤやリングギヤあるいはキャリヤなどの回転要素を、適宜に、入力要素や固定要素あるいは出力要素となるように構成してよい。
１…エンジン、 ２…車体、 ３…後輪、 ４…前輪、 ５…変速機、 ６…クラッチ機構、 ７，２０…モータ・ジェネレータ、 ７Ｒ…ロータ、 ７Ｓ…ステータ、 ８…伝動機構、 ９…遊星歯車機構、 ９Ｃ…キャリヤ、 ９Ｒ…リングギヤ、 ９Ｓ…サンギヤ、 １０…固定部、 １１…トランスファ、 １２…リヤプロペラシャフト、 １３…フロントプロペラシャフト、 １４…フロントデファレンシャルギヤ、 １５…リヤデファレンシャルギヤ、 １６…気筒、 １７…排気管路、 １８…排ガス浄化触媒、 １９…マフラー、 ２１…伝動機構、 ２２…遊星歯車機構、 ２２Ｃ…キャリヤ、 ２２Ｒ…リングギヤ、 ２２Ｓ…サンギヤ、 ２３…係合機構、 ２４…減速ギヤ対、 ２４ａ…ドリブンギヤ、 ２４ｂ…ドライブギヤ、 ２５…コントローラ、 ２６…電子制御装置（ＥＣＵ）、 Ｆｔ…燃料タンク。

Claims (8)

  1. 車体の前側もしくは後ろ側に設けられた第１駆動輪と、前記車体の前後方向で前記第１駆動輪とは反対側に設けられた第２駆動輪とを有するハイブリッド四輪駆動車において、
    前記車体の前後方向で前記第１駆動輪側に配置されたエンジンと、
    前記エンジンが出力したトルクにトルクを加える第１電動機と、
    前記エンジンで発生した排ガスを前記車体の後方に向けて排出する排気管路と、
    前記エンジンが出力した動力を前記第２駆動輪に伝達する第１プロペラシャフトと、
    前記エンジンが出力した動力を前記第１駆動輪側に分割するトランスファと、
    前記車体の幅方向で前記第１プロペラシャフトを挟んで前記排気管路とは反対側に配置され、かつ前記トランスファから前記第１駆動輪に駆動力を伝達する第２プロペラシャフトと、
    前記第１駆動輪とトルクを授受する発電機能のある第２電動機と、
    前記第２電動機の回転数に対して前記第２プロペラシャフトの回転数が低回転数となるように前記第２電動機と前記第２プロペラシャフトとをトルク伝達可能に連結する遊星歯車機構により構成された減速機構と、
    係合することにより前記減速機構をトルク伝達可能な状態に設定し、かつ解放することにより前記減速機構をトルクを伝達しないニュートラル状態に設定する係合機構と
    を備えていることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記第２プロペラシャフトは、前記車体の前後方向に向けて配置されるとともに、前記第１駆動輪側の第１端部と、前記車体の前後方向で前記第１端部とは反対側の第２端部とを有し、
    前記第２電動機は、前記第２端部側に配置されている
    ことを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  3. 請求項２に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記減速機構は、前記第２端部側に配置されている
    ことを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記第１駆動輪は前輪であり、前記第２駆動輪は後輪であることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記エンジンの出力側に連結された変速機を更に備え、
    前記変速機は、動力を伝達する係合状態と動力の伝達を遮断する解放状態とに切り替わるクラッチ機構を備えていることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  6. 請求項５に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記第１電動機は、前記変速機の入力側に前記エンジンと同一軸線上に配置され、
    前記トランスファは、前記変速機の出力側に連結されている
    ことを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  7. 請求項６に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記第２電動機は、前記トランスファよりも前記第２駆動輪側に配置されていることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のハイブリッド四輪駆動車において、
    前記第１電動機は、発電機能を備えていることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。
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